论文摘要
量子纠缠是量子力学最重要的精华内容之一,应用量子纠缠人们可以完成经典物理所不能完成的工作。近年来人们利用量子纠缠完成了量子离物传态、量子密集编码、量子密钥分发、量子纠缠交换等量子信息领域的重要实验,利用纠缠进行量子计算也成为当今科学技术的前沿课题。设计和实验实现有实际应用潜力的纠缠源,不仅对基础研究有重要意义,而且有很强的应用需求。存在于光场的具有连续谱的正交分量之间的纠缠,即通常所说的连续变量纠缠,是量子纠缠研究的一个主要方向。连续变量纠缠可以利用单模压缩态在分束器上耦合实现,也可由一个Ⅱ类匹配非线性晶体组成的非简并光学参量放大器（NOPA）直接产生。运转于阈值以下的光学参量放大器当没有信号光注入时,可以产生真空压缩态,有信号光注入时可以产生明亮压缩态,但阈值以下NOPA产生的光场的功率最高只有几十微瓦,不利于长距离传输和探测。运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器（NOPO）可以很容易产生几毫瓦、几十毫瓦、甚至更高功率的纠缠光束。运转于阈值以上的NOPO产生的下转换光束的频率非简并,在测量信号光和闲置光之间的位相关联时,由于缺乏相应的本地光而成为一个技术难点。本文利用一对由光纤构建的非平衡Mach-Zehder干涉仪,测量了高强度纠缠光场的噪声关联谱,实验研究了量子关联度与噪声频率之间的依赖关系,验证了阈值以上NOPO输出光场的量子纠缠特性。主要内容如下:1.介绍两类测量运转于阈值以上的NOPO产生的纠缠光束的量子关联特性的实验方法:一类是利用平衡零拍探测,包括在NOPO腔插入四分之一波片使下转换光频率简并和利用声光调制器产生与下转换光频率相同的本地光;另一类是利用自零拍测量,包括扫描单端FP腔和非平衡Mach-Zehnder（M-Z）干涉仪。2.利用半经典理论分析阈值以上的NOPO输出场的经典和量子特性。分析表明,输出场的强度差噪声与泵浦场位相噪声没有关系,位相和噪声不仅与下转换场的参数有关,而且与泵浦场的参数有关。我们着重考虑如下三个因素对下转换光位相关联的影响:1.对泵浦光精细度不同的NOPO;2.泵浦光有额外位相噪声;3.NOPO对泵浦光位相噪声的放大作用。分析得出了由实验参数表达的强度差和位相和噪声谱公式。利用我们的公式,可以合理解释已有的实验结果。3.搭建分析频率为2MHz、5MHz和10MHz的非平衡光纤M-Z干涉仪,从理论上分析了光纤耦合损耗对噪声测量的影响。利用自制的光纤M-Z干涉仪,从实验上获得了频率非简并纠缠光束在2MHz,5MHz,10MHz频率处的强度差和位相和压缩。在泵浦光中加入白噪声,验证了泵浦光额外位相噪声对下转换光位相和关联的影响。在这些工作中,有所创新的工作如下:A:在考虑光学参量振荡腔泵浦场的透射率,泵浦场额外位相噪声和光学参量振荡腔对泵浦场位相噪声的放大作用对NOPO输出场量子关联特性的影响的情况下,从理论上推导出了由可测实验参数表征的纠缠关系式。所得公式可以解释过去发表的相关实验结果。B:构建了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪,分析了干涉仪损耗对关联噪声测量的影响。C:实验上利用非平衡光纤干涉仪测得了阈值以上NOPO产生的高亮度频率非简并纠缠光束在不同分析频率处的强度差和位相和压缩,验证了泵浦光额外位相噪声对NOPO输出场位相和关联的影响。